CN101899260A - 一种用于高速列车车体表面涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高速列车车体表面涂料，以高羟值弹性聚酯和羟基丙烯酸树脂混拼为基体树脂，以金红石钛白粉为颜料，以硅铝基陶瓷空心微珠为填料，以纳米ATO和纳米SiO₂为改性材料，在助剂和溶剂的配合下经研磨、搅拌、混合、包装等工艺制成甲组份，以HDI三聚体N-3390为乙组份，混合成双组份的用于高速列车车体表面涂料。本发明具有高附着力、硬度高、抗砂石冲击，隔热节能、耐腐蚀、耐温变、高耐候、易清洁；同时还具有装饰性、安全性强并且使用寿命长，适用于高速列车车体表面保护涂层。

Description

一种用于高速列车车体表面涂料

所属发明领域

本发明涉及到金属表面涂料技术领域，具体说是涉及到一种用于高速列车车体表面涂料。

背景技术

众所周知，交通运输业的发展体现着一个国家现代化进步的程度，在国民经济中占有重要地位。近年来随着世界范围内交通运输业的大力发展，尤其是轨道交通的快速发展令世人瞩目。随着高速火车行驶速度的不断提高，城际高速列车的普及，势必给高速列车的研制带来一系列的技术革命。随着高速列车车体材质的改变，例如由碳钢改为轻质铝合金或者其他航空材料的使用，而用于其表面的防护涂料也必将会有质的改变，才能保障高速列车优越性能的充分发挥。由于高速列车的行驶速度快、行驶路程长、跨越地域广、遭遇各种恶劣环境的几率高；如因高速列车车速高而卷起的碎石增多、使得列车车体撞击力加大；夏季因太阳光辐射而引起车内温度升高使得车体表面内外要承受高温，而冬季则因为严寒使得车体外表面承受低温，与车内温度形成过大温度差；这就要求用于高速列车外表面的涂料必须具有高附着力、耐腐蚀、抗砂石冲击、隔热节能、耐温变、高耐候、易清洁等功能，同时还应有较高的硬度、光泽、装饰性、安全性及使用寿命长。显然，传统的用于金属表面的涂料则不具备上述特性。而研制适用于高速列车车体表面涂料则是本技术领域面临的重大课题，也是本技术领域当前急需解决的重要任务。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高附着力、硬度高、抗砂石冲击，隔热节能、耐腐蚀、耐温变、高耐候、易清洁；同时还具有良好的装饰性、安全性能强并且使用寿命长的用于高速列车车体表面的涂料，同时也提供其制备工艺。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于高速列车车体表面涂料，其特点在于，以高羟值弹性聚酯和羟基丙烯酸树脂混拼为基体树脂，以金红石钛白粉为颜料，以硅铝基陶瓷空心微珠为填料，以纳米ATO和纳米SiO₂为改性材料，在助剂和溶剂的配合下制备成甲组份，以HDI三聚体N-3390为乙组份，配制成双组份的用于高速列车车体表面涂料，在配方中各组份成分构成如下，其中甲组份为：

弹性聚酯            25-35％，

丙烯酸树脂          8-15％，

高分子超分散剂      0.4-1.2％，

消泡剂              0.2-0.6％，

流平剂              0.2-0.6％，

防流挂剂            2.0-4.0％，

紫外线吸收剂        0.2-0.6％，

金红石型钛白粉      20-28％，

超细空心微珠        5-10％，

纳米ATO             3-6％，

纳米SiO₂            3-5％，

混合溶剂            10-20％，

催化剂              0.005-0.007％；

乙组份为：HDI三聚体N-3390，甲乙组份配比比列为100∶30；

以上各组份成分的比例均按重量百分比计。

上述用于高速列车车体表面涂料的制备工艺步骤如下：

甲组份的制备：

a.纳米ATO和纳米SiO₂的预处理：基体树脂+高分子超分散剂+纳米ATO及纳米SiO₂，混合并高速分散4h后再研磨成浆料；

b.按配方比例称取原材料，除陶瓷空心微珠外，将原料混合分散均匀，研磨至细度≤15μm的颜料浆，颜料浆在搅拌过程中加入空心微珠和助剂，用混合溶剂调整涂料粘度为100-120S(涂4杯)的液体，过滤包装；

c.乙组份HDI三聚体N-3390为外购，单独包装，使用时将甲乙组份按比列为100∶30的配比混合使用。

由于涂料涂膜的附着力、耐磨性、柔性、耐冲击性是衡量其耐风砂和碎石撞击性优劣的重要表征。当涂膜柔性好、附着力强、耐磨蚀性优、耐正、反冲击性佳时，可有效抵抗风砂、碎石撞击及恶劣气候的侵袭，减少涂膜损坏程度。本发明正是根据涂料的这些特点，采用上述配方混合而成，其中乙组份HDI三聚体N-3390为外购获得，而甲组份中所采用的高羟值弹性聚酯的结构式为：

式中单体HO-R¹-OH选用不规整的、相对分子质量大的醇1，2-丙二醇取代乙二醇，同时单体HOOC-R²-COOH采用长链脂肪酸，因而聚酯的弹性好、耐磨性、抗冲击性、抗石击性强；聚酯树脂主链由软、硬链段交替构成，以软链段为主、硬链段为辅，并有一定的支链化结构，且相对分子量控制在中等程度，当采用HDI三聚体为交联固化剂时，获得具有一定硬度的柔韧涂膜，而弹性聚酯对涂膜的柔韧性、耐磨性、抗冲击性、抗石击性有显著作用；而羟基丙烯酸树脂耐候保色性、附着力和硬度好，而采用的羟基丙烯酸树脂的结构式为：

(CH₂-C(R¹)(COO-R²OH)_n

本发明选用的羟基丙烯酸树脂，羟基值(100％树脂)为1000mgKOH/g，玻璃化温度为60℃，与N-3390配漆交联密度大、硬度高、耐沾污性好。以弹性聚酯和丙烯酸树脂按一定比例混配为基体树脂，以N-3390为固化交联剂配制的涂料，其涂膜具有既坚硬又柔韧的独特性能。其氨酯键可以形成氢键，在外力作用下，氢键可以分离而吸收外来的能量(每摩尔吸收20-25KJ)。当外力除去后又可重新再形成氢键，因此使聚氨酯漆膜具有高度机械磨性、柔韧性和附着力，同时具有抗风砂、碎石撞击性，且耐候性优异。

在基体树脂中添加适量的功能性颜填料，可以防止涂膜病态，改善涂膜的综合性能。金红石型钛白粉是户外饰面涂料常用的白色颜料，具有遮盖力强、折光指数高(2.8)、太阳光反射系数大(≥80％)、耐候保色性好、耐化学腐蚀性优等特点；本发明选用的填料为超细硅铝基陶瓷空心微珠，其内部呈微小的多孔性空心结构，表面由纤维空心网状结构构成坚硬的外壳，是一种标准球形氧化硅铝陶瓷材料，其抗压强度为5000-7000/(kg/cm²)、莫氏硬度为5-7、导热系数为0.07-0.12W/(m.k)、光散射率达80-88％。其典型特征和物理特性为：球形、超细、流动好；中空、超轻、密度低；多孔、润滑、易填充；抗压、增韧、硬度高；阻燃、隔热、耐高温；隔音、绝缘、防静电；防水、防腐、低收缩；无毒、防菌、耐酸碱；这是因为陶瓷空心微珠的粒径小(1250-2500目)，表面积大，表面呈纤维网状结构，易吸收成膜物形成更多的物理交联点，使成膜物与空心微珠结合得更紧密，形成的涂膜更致密、柔性好、强度高。多孔性空心微珠与实心结构相比，表面吸收的成膜物大分子链更多更好，对荷载的分布更均匀，能够有效地分散内部和外部应力，减弱局部受到的冲击和摩擦力，减少磨损值。本发明采用的纳米ATO粉体具有优良光电性能，对太阳光谱有理想的选择性，在可见光区(波长400-720nm)透过率很高，对红外光(波长720-2500nm)都有很好的屏蔽性，由于近红外光占太阳光总能量的50％，因此提高涂膜对红外辐射热的阻隔率，才能有效地降低基材的温度。将一定的ATO分散到本发明的涂料中，可显著提高涂膜的隔热降温性，这是因为纳米粒子存在界面效应，使之与树脂间形成更多的接触面积，产生更多的微裂纹和弹性变形，将更多的冲击能转化为热能吸收，从而提高冲击强度，达到增加强度、提高韧性的目的；纳米ATO的隔热机理是：在掺锑二氧化锡(ATO)半导体中，由于Sb⁵⁺固溶到S_nO₂中，以及S_nO₂在高温烧结时形成的氧空位而产生自由载流子。当太阳光射到涂膜表面时，热辐射一部分被载流子吸收，另一部分由于入射光源低于等离子振荡固有频率而被等离子反射，涂膜对辐射热的阻隔作用是吸收和反射共同作用的结果，反射和吸收都起到屏蔽红外光的作用，即产生了良好的隔热性，并可提高涂膜的附着力、耐冲击性、耐磨性，而采用的纳米SiO₂是无定型白色粉末(指其团聚体)，比表面积大，表面自由能高，表面存在不饱和残键和不同键合状态的羟基，其分子呈三维链状结构，具有很大的表面活性。纳米SiO₂具有极强的紫外线屏蔽作用，对UVA(320-400nm)屏蔽率达88％；对UVB(290-320nm)的屏蔽率为85％；对UVC(200-290nm)的屏蔽率仍在70-80％，同时纳米SiO₂对大于800nm的红外光反射率达70％以上，可协同TiO₂、ATO将涂层的热辐射和吸收热发射出去，使涂层具有隔热降温性能，同时提高耐沾污性。将其分散到本涂料中，可显著提高涂膜的抗紫外老化性能。这是因为纳米SiO₂表面能高，在涂料中能形成强大的吸附中心，在涂膜表面形成键合，提高了涂膜的致密度、硬度和柔性，继而使涂膜附着力、耐冲击性、耐磨性和耐沾污性增强，同时纳米SiO₂还能改善涂料的流变性和抗流挂性。

本发明涂料中选择了二甲苯、丙二醇甲醚醋酸酯、醋酸丁酯按质量比3∶2∶2进行混配的混合溶剂，有利于涂膜流平和延长施工期，能加快-NCO/-OH的反应速率，蒸馏曲线应呈平稳上升的形状，能使混合溶剂的气相组成和液相组成在环境温度下的挥发过程中，始终保持一致，从而使残留溶剂具有良好的溶解力。经检测，本发明主要性能如下：

检测项目                  技术指标  检验结果          检验方法

遮盖力(白面漆)/(g.m^-2)    ≤110      85               GB/T1726-1979(1998)

光泽(60°)                ≥90       95               GB/T9754-1988

附着力(划格法)/级         0          0                GB/T9286-1998

杯突试验/mm               ≥3        8                GB/T9753-1998

弯曲试验(圆柱轴)/mm       ≤20       1                GB/T6742-1986

耐冲击性/cm  正冲         50         50               GB/T1732-1993

反冲                      ≥10       40

铅笔硬度(划痕)            ≥1H       1H               T6739-1996

耐磨性(1000r/1000g)/mg    ≤25       18               GB/T1768-1778(1989)

耐盐雾性(1000h)/级        1          1                GB/T1771-1991

耐人工老化(1000h)/级      1          2000h，1级       ISO11507：1997

耐温差变化(20个周期)/级   -          1                GB/T9154-1988

抗石击性(手动喷砂/10min)  -          无损伤无脱落     自检

阳光反射率/％             -          86               ASTMC1371-04a

隔热性表面温差/℃         -          15               自检

内部温差/℃               -          5                自检

以上检测均按底、中、面层配套制板，其中底涂层为柔性环氧漆，涂膜厚为30μm，中涂层为弹性聚酯/PU，涂层厚为70-80μm，面涂层厚度为40-50μm，合计≥150μm。

检测表明，本发明涂料具有高附着力、硬度高、抗砂石冲击，隔热节能、耐腐蚀、耐温变、高耐候、易清洁；同时还具有良好装饰性、安全性能强且使用寿命长。

由于本发明基体树脂选用弹性聚酯和羟基丙烯酸树脂按比例混合而成，固化交联剂选用HDI三聚体N-3390，配制的聚氨酯涂料，具有优异的柔韧性、附着力、耐磨性、耐冲击性和耐石击性，耐人工老化达到2000h；以金红石型钛白粉为颜料，以硅铝基陶瓷空心微珠为填料，使涂膜的物化综合性能好，涂膜的光反射率达到86％，隔热性优良；以纳米ATO和纳米SiO₂粉体为改性剂，可显著提高涂膜的耐冲击性、耐磨性和耐老化性，同时提高涂层的隔热性，可有效地降低车体内空调电能消耗。用二甲苯、醋酸丁酯及丙二醇甲醚醋酸酯混合溶剂，使聚氨酯涂料的综合物化性能得到提高；经检测涂料的性能达到了发明目的。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，所涉及的百分比均按重量百分比计。

实施例

一种用于高速列车车体表面的涂料，配方中各组份成分构成如下，

其中甲组份为：

弹性聚酯            30％，

丙烯酸树脂          12％，

高分子超分散剂      0.8％，

消泡剂              0.394％，

流平剂              0.4％，

防流挂剂            3％，

紫外线吸收剂        0.4％，

金红石型钛白粉      24％，

超细空心微珠        8％，

纳米ATO             4％，

纳米SiO₂            4％，

混合溶剂            13％，

催化剂              0.006％；

乙组份为：HDI三聚体N-3390，甲乙组份配比比列为100∶30；

以上各组份及成分的比例均按重量百分比计。

其制备工艺步骤如下：

甲组份的制备

a.纳米ATO和纳米SiO₂的预处理：基体树脂+高分子超分散剂+纳米ATO及纳米SiO₂，混合并高速分散4h后再研磨成浆料；

b.按配方比例称取原材料，除陶瓷空心微珠外，将原料混合分散均匀，研磨至细度≤15μm的颜料浆，颜料浆在搅拌过程中加入空心微珠和助剂，用混合溶剂调整漆料粘度为100-120S(涂4杯)的液体，过滤包装；

c.乙组份N-3390则外购后单独包装，使用时将甲乙组份按比列为100∶30的配比混合后使用。

Claims (2)

1.一种用于高速列车车体表面涂料，其特征在于，以高羟值弹性聚酯和羟基丙烯酸树脂混拼为基体树脂，以金红石钛白粉为颜料，以硅铝基陶瓷空心微珠为填料，以纳米ATO和纳米SiO₂为改性材料，在助剂和溶剂的配合下制备成甲组份，以HDI三聚体N-3390为乙组分，配制成双组份的用于高速列车车体表面涂料，在配方中各组份成分构成如下，其中甲组份为：

弹性聚酯                              25-35％，

丙烯酸树脂                            8-15％，

分散剂                                0.4-1.2％，

消泡剂                                0.2-0.6％，

流平剂                                0.2-0.6％，

防流挂剂                              2.0-4.0％，

紫外线吸收剂                          0.2-0.6％，

金红石型钛白粉                        20-28％，

超细空心微珠                          5-10％，

纳米ATO                               3-6％，

纳米SiO₂                              3-5％，

混合溶剂                              10-20％，

催化剂                                0.005-0.007％；

乙组份为：HDI三聚体N-3390；

甲乙组份配比比列为100∶30；

以上各组份中成分的比例均按重量百分比计。

2.制备如权利要求1所述用于高速列车车体表面涂料的制备方法，其工艺步骤如下：

a.纳米ATO和纳米SiO₂的预处理：基体树脂+高分子超分散剂+纳米ATO及纳米SiO₂，混合并高速分散4h后再研磨成浆料；

b.按配方称取原材料，除陶瓷空心微珠外，将原料混合分散均匀，研磨至细度≤15μm的颜料浆，颜料浆在搅拌过程中加入空心微珠和剩余助剂，用混合溶剂调整漆料粘度为100-120S的液体，过滤包装，制成甲组份；

c.乙组份为HDI三聚体N-3390单独包装，使用时将甲乙组份按比列为100∶30的配比混合使用。